CN108673482B - 伸缩式多轴移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人设备技术领域，具体公开了一种伸缩式多轴移动机器人，包括相互垂直设置的机器人一轴、二轴和三轴，机器人三轴下端连接有拾取机构，机器人二轴下方设有第一堆垛机构和第二堆垛机构，第二堆垛机构包括底座、第二料台和设于底座上的两块挡板，第二料台下侧设有支撑杆，支撑杆一侧设有齿条，底座上设有齿轮，底座和齿轮上设有一对棘齿，齿轮与第二动力源之间连接有单向机构，底座下方滑动连接有滑套，支撑杆滑动连接于滑套内，两个挡板的上端均滑动连接有推板，推板与单向机构之间设有推动推板往复运动的传动机构。本方案能够实现第二料台的自动升降，使拾取机构每次取料时都位于同一水平高度上，控制简单，工作效率高。

Description

伸缩式多轴移动机器人

技术领域

本发明属于机器人设备技术领域，尤其涉及一种伸缩式多轴移动机器人。

背景技术

钢板是工业制作中最常用的材料，其优点是具有很强的刚度与硬度，而其缺点是密度较大，且体积也较大，造成钢板的质量较大，不便于送料上料。汽车制造企业在冲压钢板过程中，需要不断向冲床内搬运钢板进行冲压，传统的钢板冲压生产线多为机械手上料，为了保持生产线的连续进行，现在通常设置两个或者多个料槽，当一个料槽内的钢板取完之后，再通过控制***控制机械手在另一个料槽与冲压机之间往复，如此一来，使得控制***的程序比较复杂，而且在工作时需要反复切换控制***的程序，浪费时间，生产效率低；而且钢板是堆叠在一起放在料槽中，相邻两块钢板可能会完全粘合在一起，当机械手拾取钢板时会将两块钢板一起提升，需要人工去分离，导致生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产效率高、控制简单的伸缩式多轴移动机器人。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：伸缩式多轴移动机器人，包括竖直设置的机器人一轴，机器人一轴上沿竖直方向滑动连接有机器人二轴，机器人二轴与机器人一轴垂直，机器人二轴上沿水平方向滑动连接有机器人三轴，机器人三轴下端连接有用于拾取工件的拾取机构，机器人一轴上设有驱动机器人二轴升降的第一动力源和水平运动的第二动力源，机器人三轴上设有驱动拾取机构升降的第三动力源，机器人二轴下方设有第一堆垛机构和第二堆垛机构，第一堆垛机构包括第一料台和用于推动工件的推料机构，第二堆垛机构包括底座、第二料台和设于底座上的两块挡板，两块挡板分别位于第二料台的两侧，第二料台下侧固定连接有支撑杆，支撑杆一侧设有齿条，底座上设有可与齿条啮合的齿轮，底座和齿轮上设有一对相互配合的棘齿，齿轮与第二动力源之间连接有能够带动齿轮间歇单向转动的单向机构，底座下方沿水平方向滑动连接有滑套，所述支撑杆沿竖直方向滑动连接于滑套内，远离齿轮的挡板上端沿水平方向滑动连接有推板，推板与单向机构之间设有推动推板往复运动的传动机构。

本基础方案的工作原理在于：通过第一动力源将机器人二轴提升到预设位置，使机器人三轴位于第二堆垛机构的上方，通过第二动力源驱动机器人三轴在第二堆垛机构和冲压机工位之间往复运动。通过推料机构将第一料台上的钢板推动到第二料台上，并且最上方的钢板正好位于两个挡板之间。第二动力源驱动机器人二轴向冲压机的方向传送，同时第二动力源通过单向机构带动齿轮转动，齿轮转动通过齿条带动第二料台上升，且第二料台上升的高度等于钢板的厚度，使最上端的钢板位于推板一侧。第二动力源驱动机器人二轴向第二堆垛机构的方向运动时会带动单向机构反向运动，由于单向机构只带动齿轮间歇单向转动，所以此时齿轮不会转动，而由于传动机构与单向机构连接，所以此时传动机构会带动推板运动，推板运动推动最上端的钢板运动，使最上端钢板和与其相邻的钢板产生相对运动，避免两块钢板粘合在一起。当第二料台上的钢板全部被取走后，第二料台上升到最上端的钢板的位置处，此时当推板运动时会推动第二料台向远离齿轮的方向运动，使齿条不再与齿轮啮合，第二料台和支撑杆失去了支撑力使支撑杆在滑套内向下滑动，直到第二料台回到初始位置，再使齿条与齿轮啮合，第二料台回到初始位置后，通过推料机构将第一料台上的钢板再次转移到第二料台上。

本基础方案的有益效果在于：本方案通过设置与第二动力源连接的单向机构，使得拾取机构上料时能够通过单向机构带动齿轮转动，从而实现第二料台的上升，使每次拾取机构抓取钢板时最上端的钢板均位于同一水平高度，使第三动力源每次的运行都相同，保障装置的运行稳定性。通过设置推板，使每次拾取机构向第二堆垛机构的方向运动时，推板都能够推动最上端的钢板，使最上端钢板和与其相邻的钢板产生相对运动，避免两块钢板粘合在一起，使得每次拾取机构拾取的钢板都是单张的，避免出现拾取多张钢板的情况。

进一步，所述机器人二轴上设有导轨，机器人三轴滑动连接在导轨上，第二动力源为水平电机，机器人二轴与机器人三轴之间设有滚珠丝杠副，水平电机驱动丝杠转动。如此设置，通过滚珠丝杠副和水平电机的配合来实现机器人三轴的水平运动，控制方便，且控制精度高。

进一步，所述单向机构包括两个带轮，两个带轮分别连接在齿轮的中心处和水平电机的输出轴上，两个带轮通过皮带传动，带轮与齿轮之间设有单向轴承。如此设置，水平电机带动滚珠丝杠副动作时能通过带轮和皮带带动齿轮转动，通过单向轴承使齿轮只能单向间歇转动。

进一步，所述传动机构包括转动连接在底座上的线轮，线轮与带轮固定连接，线轮上缠绕有拉线，推板远离第二料台的一端与挡板之间设有弹簧，弹簧使推板靠近第二料台，拉线的端部与推板远离第二料台的一端连接。初始状态下，拉线将推板向远离第二料台的方向拉动，此时弹簧处于压缩状态。带轮转动时带动线轮转动，线轮转动对拉线进行放线，从而使弹簧将推板向靠近第二料台的方向推动，从而推板推动钢板或者第二料台向远离齿轮的方向运动。

进一步，所述第一动力源为液压缸，机器人二轴固定连接在液压缸的活塞杆上。通过液压缸来实现机器人二轴的升降，易于控制，支撑性能高。

进一步，第三动力源为竖直电机，拾取机构固定连接在竖直电机上。通过竖直电机控制拾取机构的升降，易于控制。

进一步，所述拾取机构包括固定在竖直电机上的支板，支板的下表面上均布有若干真空吸盘。如此设置，通过真空吸盘来抓取钢板，抓取快速且稳定。

附图说明

图1是本发明伸缩式多轴移动机器人实施例的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1中B处的放大图；

图4是图1中C处的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

附图标记说明：液压缸1、机器人一轴2、机器人二轴3、滑轨4、减速器5、螺母座6、丝杠7、机器人三轴8、真空吸盘9、导轨10、张紧轮11、线轮12、带轮13、齿轮14、压簧15、滑套16、支撑杆17、齿条18、挡板19、支座20、第二料台21、固定块22、弹簧23、推板24、定滑轮25、线孔26、推料板27、第一料台28。

如图1至图4所示，一种伸缩式多轴移动机器人，包括机器人一轴2、机器人二轴3和机器人三轴8。机器人一轴2为两个竖直设置在地面上的支撑柱，两个机器人一轴2上均固定连接有竖直的滑轨4，机器人二轴3水平设于两个滑轨4之间，机器人二轴3左右两端均固定连接有与滑轨4配合的滑块，滑块滑动连接在滑轨4上。机器人一轴2的左侧的地面上固定连接有液压缸1，液压缸1的活塞杆竖直向上，且机器人二轴3的左端固定连接在活塞杆的上端。机器人二轴3左部的下侧固定连接有固定台，固定台上固定连接有水平电机和减速器5，水平电机的输出轴与减速器5的输入轴固定连接，水平电机的输出轴与机器人二轴3相互垂直。机器人二轴3上设有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括丝杠7和与丝杠7配合的螺母座6，丝杠7转动连接在机器人二轴3上，丝杠7水平设置，机器人二轴3的下表面上固定连接有水平设置的导轨10，螺母座6滑动连接在导轨10上。机器人三轴8固定连接在螺母座6上，机器人三轴8竖直设置，机器人三轴8上固定连接有竖直电机，机器人三轴8上滑动连接升降杆，升降杆与竖直电机之间通过齿轮齿条副连接，竖直电机通过齿轮齿条副控制升降杆的升降运动，水平电机与竖直电机均为伺服电机，水平电机和竖直电机均通过可编程控制器控制。升降杆的下端设置有用于抓取工件的拾取机构。拾取机构包括固定连接在升降杆下端的水平的支板，支板的下表面上均布有多个真空吸盘9，支板的上表面设有与真空吸盘9连接的真空泵。

地面上设有第一堆垛机构和第二堆垛机构，第二堆垛机构位于机器人二轴3的正下方，第二堆垛机构位于第一堆垛机构的后侧。第一堆垛机构包括固定连接在地面上的第一料台28，第一料台28上表面转动连接有多个滚轮，第一料台28远离第二堆垛机构的一侧设有推料机构，推料机构包括水平设置于地面的推料缸，推料缸为气缸，气缸的活塞杆上固定连接有竖直的推料板27。

第二堆垛机构包括底座、第二料台21和两块挡板19，底座固定设置于地面上，底座内开设有贯穿底座上下两侧的空腔，空腔内沿水平方向滑动连接有滑套16，滑套16内滑动连接有支撑杆17，支撑杆17的上端固定连接在第二料台21的下表面上，第二料台21位于底座的上方，底座上设有两个用于支撑第二料台21的支座20，两个支座20分别位于支撑杆17的左右两侧，第二料台21位于支座20上时，第二料台21的上表面略低于第一料台28的上表面。滑套16的左侧开设有竖向的条形开口，支撑杆17的左侧固定连接有竖直的齿条18，齿条18位于条形开口内，齿条18有齿的一侧朝向左方，空腔内转动连接有可与齿条18啮合的齿轮14，齿轮14位于齿条18的左侧，滑套16的右侧与底座之间连接有压簧15，压簧15对滑套16施加有向左的力。水平电机的输出轴与齿轮14的中心处均固定连接有带轮13，两个带轮13之间连接有皮带，底座的左侧转动连接有两个用于约束皮带的张紧轮11。带轮13与齿轮14之间设有单向轴承，齿轮14与底座之间设有一对相互配合的棘齿，带轮13逆时针转动时能够带动齿轮14逆时针转动，带轮13顺时针转动时齿轮14不转动。两个挡板19均竖直设置在底座上表面的左右两侧，第二料台21位于两块挡板19之间，左侧的挡板19的上端固定连接有固定块22，固定块22内沿水平方向滑动连接有推板24，推板24左端与固定块22之间连接有弹簧23，弹簧23对推板24施加有向右的力。带轮13上固定连接有线轮12，左侧的挡板19内部开设有贯穿挡板19上下两侧的线孔26，线孔26内设有拉线，拉线上端连接于推板24的右侧，拉线的下端缠绕在线轮12上，且线轮12为顺时针方向缠绕拉线，底座与固定块22内均转动连接有用于张紧拉线的定滑轮25。

具体实施时，启动液压缸1，液压缸1驱动机器人二轴3上升到预设位置，使拾取机构位于第二堆垛机构的正上方。然后启动气缸，通过推料板27将第一料台28上堆叠的钢板推到第二料台21上，然后再向第二料台21添加钢板，且最上端的钢板位于右侧挡板19上表面的上方，与其相邻的钢板位于右侧挡板19上表面的下方。启动竖直电机，竖直电机通过齿轮齿条副带动真空吸盘9向下运动，直到真空吸盘9接触到钢板并抓取住钢板，再通过竖直电机提升真空吸盘9。然后再启动水平电机，水平电机通过滚珠丝杠副带动机器人二轴3向右运动，使钢板运动到冲压机的工位上，水平电机启动时通过带轮13与皮带带动齿轮14逆时针转动，齿轮14逆时针转动通过齿条18带动支撑杆17和第二料台21上升，且第二料台21上升的距离等于钢板的厚度，使最上端的钢板始终位于同一水平面上。

钢板放在冲压机的工位上后，水平电机的输出轴反向转动使机器人二轴3向左运动到第二料台21的正上方。运动过程中，水平电机带动带轮13顺时针转动，由于带轮13与齿轮14之间设有单向轴承，且齿轮14与底座之间设有一对棘齿，所以当带轮13顺时针转动时齿轮14不会转动。同时由于线轮12固定连接在带轮13上，所以线轮12会随着带轮13一起顺时针转动，从而线轮12放松拉线，弹簧23向右推动推板24，推板24向右推动最上端的钢板，使最上端的钢板和与其相邻的钢板错开，使两块钢板产生相对运动，避免两块钢板粘合在一起，实现两块钢板的分层，同时推板24将下面的钢板挡住。当真空吸盘9抓取钢板时，由于两块钢板已经实现分层，所以真空吸盘9只抓取单块钢板，即使两块钢板之间还存在吸合力，也可以通过推板24限制下侧的钢板向上运动，进一步保证两块钢板的分层。

钢板全部取走之后，第二料台21上升到了推板24的右侧，推板24再次运动时会向右推动第二料台21，使第二料台21随着滑套16在空腔内向右滑动，齿轮14与齿条18不再啮合，从而支撑杆17失去了齿轮14对其的支撑力，使支撑杆17和第二料台21向下运动直到第二料台21被支座20支撑住，同时压簧15使齿条18再次与齿轮14啮合，且第二料台21和支撑杆17在自身重力的作用下下降的速度比压簧15推动滑套16的速度快，即当第二料台21复位后，压簧15使齿条18与齿轮14啮合。第二料台21复位后，再次将第一料台28上的钢板推动到第二料台21上来，使生产线能够连续不断的运行。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：包括竖直设置的机器人一轴，机器人一轴上沿竖直方向滑动连接有机器人二轴，机器人二轴与机器人一轴垂直，机器人二轴上沿水平方向滑动连接有机器人三轴，机器人三轴下端连接有用于拾取工件的拾取机构，机器人一轴上设有驱动机器人二轴升降的第一动力源和驱动机器人三轴水平运动的第二动力源，机器人三轴上设有驱动拾取机构升降的第三动力源，机器人二轴下方设有第一堆垛机构和第二堆垛机构，第一堆垛机构包括第一料台和用于推动工件的推料机构，第二堆垛机构包括底座、第二料台和设于底座上的两块挡板，两块挡板分别位于第二料台的两侧，第二料台下侧固定连接有支撑杆，支撑杆一侧设有齿条，底座上设有可与齿条啮合的齿轮，底座和齿轮上设有一对相互配合的棘齿，齿轮与第二动力源之间连接有能够带动齿轮间歇单向转动的单向机构，底座下方沿水平方向滑动连接有滑套，所述支撑杆沿竖直方向滑动连接于滑套内，远离齿轮的挡板上端沿水平方向滑动连接有推板，推板与单向机构之间设有推动推板往复运动的传动机构。

2.根据权利要求1所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：所述机器人二轴上设有导轨，机器人三轴滑动连接在导轨上，第二动力源为水平电机，机器人二轴与机器人三轴之间设有滚珠丝杠副，水平电机驱动丝杠转动。

3.根据权利要求2所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：所述单向机构包括两个带轮，两个带轮分别连接在齿轮的中心处和水平电机的输出轴上，两个带轮通过皮带传动，带轮与齿轮之间设有单向轴承。

4.根据权利要求3所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：所述传动机构包括转动连接在底座上的线轮，线轮与带轮固定连接，线轮上缠绕有拉线，推板远离第二料台的一端与挡板之间设有弹簧，弹簧使推板靠近第二料台，拉线的端部与推板远离第二料台的一端连接。

5.根据权利要求4所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：所述第一动力源为液压缸，机器人二轴固定连接在液压缸的活塞杆上。

6.根据权利要求5所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：第三动力源为竖直电机，拾取机构固定连接在竖直电机上。

7.根据权利要求6所述的伸缩式多轴移动机器人，其特征在于：所述拾取机构包括固定在竖直电机上的支板，支板的下表面上均布有若干真空吸盘。

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